752

В.В. Гридасов, В.С. Молчанов, А.З. Мороз, В.В. Тур

3. Технические решения на стадиях «Проект» и «Рабочая документация»

Автомобильная и железная дороги вследствие разных требований к геометрическим параметрам плана и профиля имеют разные по протяженности и по количеству искусственные (в том числе тоннельные) сооружения. Проложение трассы совмещенной дороги основано на использовании тоннельно-мостового варианта. По инженерно-геологическим условиям строительства мостов и тоннелей трасса проходит в уровне первой надпойменной террасы. В соответствии с проектом, выполненным филиалом «Сибгипротранспуть» ОАО «Росжелдорпроект», ОАО «Сибгипротранс», ОАО «Ленметрогипротранс», ООО «Бамтоннельпроект» и др., на автомобильной дороге протяженностью 45,6 км будет построено 37 мостов и путепроводов суммарной длиной 12493 м и 3 тоннеля (2296,0; 4034,8; 1367,0 м). На железной дороге, не считая 9 водопропускных труб, будет 32 моста суммарной длиной 16111,3 м и 6 тоннелей (2523,5; 116,2; 4055,2; 449,3; 2857,1 и 407,2 м). Схема трассы совмещенной дороги и сечение тоннелей показаны на рис. 3.

Кроме транспортных тоннелей сооружаются три сервисно-эвакуационные штольни общей длиной 9328,7 м. Для строительства мостов, расположенных в кривых в плане и на уклонах до 40 ‰, с минимизированной строительной высотой конструкций потребовалось запроектировать пролетные строения расчетными пролетами 18–110 м с ездой на балласте, как для специализированной пассажирской железнодорожной линии. Параметры тоннелей и штолен приведены в табл. 4.

Общая длина автодорожных тоннелей (7 697,8 м) без учета мостов, водопропускных труб и укрепительных сооружений составляет 16,9 % от протяженности автомобильной дороги, равной 45 600 м; доля тоннелей на железнодорожной линии — 21,6 % от ее протяженности (10 408,5 м из 48 200 м). Кроме основных тоннельных выработок, требуется осуществить проходку множества подземных служебных сбоек и ходков различного назначения (транспортных, вентиляционных, в том числе для дымоудаления на случай пожара, и пр.). Так, после окончания проходки сервисных штолен на тоннельных комплексах № 1, № 3 и № 5 необходимо построить 60 эвакуационных сбоек, в том числе на комплексе № 1 — 19 шт. суммарной длиной 836 м; на комплексе № 3 — 26 шт. суммарной длиной 950 м; на комплексе № 5 — 15 шт. суммарной

113

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

длиной 720 м (итого 60 сбоек общей протяженностью 2 506 м). А также 3 вентиляционных сбойки по 200 м каждая (всего 600 м).

Рис. 3. Схема совмещенной дороги и сечение тоннелей

Библиографический список

1.Положение о составе разделов проектной документации и требования к их содержанию: Утв. Постановлением Правительства Российской Федерации от 16 февраля 2008 г. № 87.

2.Обоснование инвестиций строительства железнодорожной линии Адлер — Веселое — Красная Поляна в пяти разделах. М.: ОАО «Мосгипротранс», 2008.

3.Технический отчет 515-00-11ИС по объекту «Строительство совмещенной (автомобильной и железной) дороги Адлер — нижняя станция горнолыжного курорта “Роза-Хутор” с электроснабжением линии железнодорожного сообщения (включая проектно-изыскательские работы)». Проект.Инженерно-гидрометеорологические работы/ ОАО«Мосгипротранс». М., 2008. 95 с.

4.Информационный отчет по объекту «Строительство совмещенной (автомобильной и железной) дороги Адлер — нижняя станция горнолыжного курорта “Роза-Хутор” с электроснабжением линии железнодорожного сообщения (включая проектно-изыскательские работы)». Стадия«Проект». Инженерно-геологическиеизыскания / ОАО «Ленметрогипротранс».

СПб., 2008. 9 с.

5.Салан А.И.,БезродныйК.П.,Соловьев А.Н.Основныепроектныеположениясовмещенной (автомобильной и железной) дороги Адлер — Красная Поляна // Метро и тоннели. 2009.

№2. С. 14–15.

114

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

УДК 624.154

В.Ф.СКОРКИН

ИСПЫТАНИЕ ГРУНТОВ СВАЯМИ-ОБОЛОЧКАМИ РАЗДЕЛЬНЫМ СПОСОБОМ

При испытании свай-оболочек большого диаметра, когда в опоре их меньше трех, возникает трудность передачи реактивного усилия. Несущая способность сваи-оболочки может достигать 20 000 кН, поэтому организовать пригруз для испытания очень сложно, а осуществить закрепление анкерами за соседние оболочки невозможно.

На наш взгляд, в этом случае для определения несущей способности свайоболочек большого диаметра следует использовать метод раздельного определения лобового и бокового сопротивления грунта свае. Эта методика нами была успешно применена при испытании свай на ряде мостов железнодорожной линии Обская—Бованенково.

Известно, что несущая способность свай складывается из двух составляющих, так называемого лобового сопротивления и сопротивления по боковой поверхности.

Fd = RA + u fihi ,

где R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи; А — площадь опирания сваи; u — периметр поперечного сечения ствола сваи;fi — расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи; hi — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

В нашем случае R определяется испытанием грунтов штампом в забое будущей сваи, а fihi устанавливается по реактивному усилию на оболочку, в которую через врезанную в оболочку балку упираются гидродомкраты, создающие усилие на штамп.

Перед испытанием соотношение долей лобового и бокового сопротивлений сваи следует определить расчетом или по результатам статического зондирования.

Для коротких свай-оболочек большая часть нагрузки воспринимается по концу свай, т.е. RA значительно больше u fihi.

В этом случае придется определять лобовое сопротивление грунту сваиоболочки штампом диаметром, существенно меньшим диаметра оболочки. Площадь между штампом и оболочкой должна заполниться пригрузом кольцевым штампом, равным бытовому давлению грунта на глубине нахождения конца сваи-оболочки. Диаметр штампа назначается таким, чтобы сопротивление, близкое к предельному состоянию грунта, наступило одновременно и под штампом, и по боковой поверхности оболочки. На рис.1 приведена схема установки для испытания по определению сопротивления сваи-оболочки по нижнему концу.

Вес грунта в объеме, образовавшемся между цилиндрами с диаметрами внутренних оболочек D и штампом с диаметром d, составит:

Gгр D2 d2 Hгр, 4

где — средневзвешенный удельный вес грунта; Hгр — глубина заделки сваиоболочки в грунт.

102

В.Ф. Скоркин

Рис. 1

103

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

Gгр = Gк.п + G,

где Gк.п — вес кольцевого штампа с вышеприкрепленной конструкцией; G — недостающая нагрузка, которую добавляют двумя малыми домкратами, упертыми в балку, или дополнительным пригрузом.

Испытание проводится следующим образом:

—на притертое подготовленное основание устанавливаются штампы, основной и кольцевой;

—устанавливается гидросистема и передается бытовая нагрузка на оба штампа;

—навешиваются от неподвижных реперов прогибомеры — по три на основной штамп и оболочку, снимаются начальные отсчеты по прогибомерам;

—затем ступенями передается нагрузка на основной штамп до достижения предельного значения.

Методика испытаний принимается в зависимости от состояния грунтов. В процессе нагружения одновременно ведется наблюдение за осадкой

штампа и перемещением (выходом из грунта) оболочки.

Если, после достижения грунтом под штампом предельного состояния, сопротивление грунта по боковой поверхности оболочки еще далеко от предельного состояния, то следует продолжить испытания. Для этого после разгрузки, предварительно зафиксировав значения остаточных деформаций штампа и оболочки, определяют предельное сопротивление боковой поверхности оболочки. Малый штамп заменяют на большой, диаметром близким к внутреннему диаметру оболочки. Этот штамп будет служить упором при дальнейшем испытании грунта по боковой поверхности оболочки путем подачи ее вверх. Двойными ступенями нагрузку доводят до последней ступени первого этапа, а затем продолжают опыт до исчерпания несущей способности оболочки по боковой поверхности. Это испытание, кроме определения второй составляющей несущей способности на осевое вдавливание, дает в чистом виде несущую способность сваи-оболочки на выдергивание.

Для длинных свай-оболочек большую часть нагрузки воспринимает грунт по

боковой поверхности свай, т.е. u fihi значительно больше RA.

В этом случае сопротивление по концу сваи определяется испытанием грунта штампом с диаметром, немногим меньшим внутреннего диаметра оболочки. Производится закрепление анкерами за оболочку, и одновременно она подвергается испытанию на выдергивание (см. рис. 1).

При предельной нагрузке штампа грунт под концом сваи достигает предельного сопротивления, а сопротивление грунта по боковой поверхности будет еще далеко до предельного. Поэтому после разгрузки штампа и снятия показаний остаточных деформаций штампа и оболочки, продолжаем испытание оболочки статической выдергивающей нагрузкой. Для этого воспользуемся одной из двух возможных схем (рис. 2 и 3). Это испытание, кроме определения составляющей несущей способности по боковой поверхности, позволяет установить несущую способность сваи-оболочки при выдергивании.

104

В.Ф. Скоркин

Рис. 2

Рис. 3

Библиографический список

1. СП 50-102–2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. 2. СНиП 2.02.04–88. Основание и фундаменты на вечномерзлых грунтах. 3. ГОСТ 5686–94. Грунты. Методы полевых испытаний сваями.

105

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

УДК 624.138

А.Л.ЛАНИС

ДИАГНОСТИКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТОВОГО МАССИВА МЕТОДОМ НАПОРНОЙ ИНЪЕКЦИИ

Проведение работ по усилению грунтов земляного полотна требует надежных методов диагностики и контролирования изменения физико-механических характеристик грунта.

Контроль качества производства работ методом напорной инъекции обеспечивается выполнением следующих мероприятий:

1)проверкой качества исходных материалов;

2)операционной проверкой качества приготовленного рабочего раствора;

3)опытной проверкой заложенных в проект расчетных параметров упрочнения и заданных им технических условий, а также однородности закрепления грунтов.

Входной контроль качества исходных материалов осуществляется для каждой поступающей партии по сопроводительной документации.

Контроль свойств приготовленного раствора проводится не реже двух раз в рабочую смену. Подвижность растворной смеси контролируется путем погружения в нее эталонного конуса в соответствии с требованиями ГОСТ 5802–86, состав раствора проверяется по объему входящих в него компонентов. Пробы следует отбирать из смесителя по окончании процесса перемешивания.

Для опытной проверки заложенных в проект расчетных параметров упрочнения земляного полотна используется диагностика, методы которой в общем случае можно классифицировать в три группы:

1)традиционные методы наблюдений, обследований и контроля;

2)геофизические методы;

3)обследованиес привлечениемпередвижных диагностических лабораторий. К традиционным методам относятся прежде всего механические, рекомендуемые строительными нормами и правилами, основанные на проведении выработки в виде шурфов и бурении скважин [3]. Наиболее используемыми методами для оценки качества работ по усилению земляного полотна и упрочнению грунтов напорной инъекцией являются зондирование и шурфование. Зондирование позволяет исследовать грунты непосредственно в массиве, т. е. в природных условиях залегания. Данным способом можно определить контуры зоны затвердевшего раствора и упрочненного грунта, ориентировочные значения характеристик сжимаемости. Метод относительно недорогой и применим для массовых исследований. Основным его недостатком является низкая степень достоверности получаемых данных, зависящих от конкретных инженерно-

геологических условий.

При выработке шурфов визуально оценивается распространение раствора и отбираются пробы в наиболее характерных точках. Лабораторные исследования образцов грунта позволяют предоставить к рассмотрению полный комплекс физико-механических свойств. Основной недостаток метода — получение сведений об эффективности упрочнения только в объеме, ограниченном размерами и количеством шурфов. К недостаткам следует также отнести дороговизну

98

А.Л. Ланис

способа, его трудоемкость, невозможность выполнения работ в габарите приближения строения без ограничения движения поездов.

Для контролирования качества проводимых работ и соответствия их результатов параметрам, заложенным в проекте, требуется метод, позволяющий достоверно, без нарушения земляного полотна, по всей глубине инъектирования раствора получать необходимую информацию.

Для повышения эффективности контроля качества усиления земляного полотна с возможностью получения значений его характеристик и сравнения с соответствующими значениями до проведения работ предложен способ, представленный в [2].

После окончания работ по инъектированию твердеющего раствора и набора им прочности в грунтах в месте упрочнения и вне его проводятся зондирование в шести точках (три — в месте упрочнения и три — вне его) и проходка контрольного шурфа. В шурфе производится отбор проб по высоте, для каждой пробы в лабораторных условиях определяются значения модуля деформации и коэффициента пористости. Эти результаты сопоставляются с показателями динамического зондирования. Производится статистическая обработка значений показателя динамического зондирования и характеристик грунта: коэффициента пористости и модуля деформации и определение коэффициента вида и состояния грунта . Контроль качества работ осуществляется зондированием в характерных местах по всей площади упрочнения. После обработки результатов исследований определяются значения показателя зондирования, устанавливаются корреляционные зависимости модуля деформации и коэффициента пористости по экспериментально полученной зависимости А = А0exp[ (Рд — Рд0)], где А и А0 — значения определяемых характеристик (коэффициента пористости, модуля деформации) соответственно в зоне упрочнения и вне ее; Рд и Рд0 — значения показателя динамического зондирования соответственно в зоне упрочнения и вне ее. При этом значения А0 и Рд0 принимаются равными значениям, полученным в лабораторных условиях при определении коэффициента .

Ниже подробно рассмотрены особенности геофизических методов в соответствии с классификацией, предложенной профессором Г.Г. Коншиным [3].

Электрометрический метод основан на том, что различные грунты оказывают неодинаковое сопротивление электрическому току, проходящему через них [3]. Разновидностями электроразведки являются электромагнитное сканирование, электроконтактное динамическое зондирование (ЭДЗ).

Электромагнитное сканирование представляет собой высокоразрешающую технологию исследования приповерхностных слоев грунта до глубин в несколько десятков метров с применением контролируемого электромагнитного излучения в диапазоне частот от 1 кГц до 1 МГц [4]. При использовании более низкой, чем в георадарах, главной частоты спектра эта технология практически не имеет ограничений, связанных с повышенной электропроводностью среды, и меньше зависит от приповерхностных неоднородностей. Электромагнитное сканирование позволяет с высокой степенью надежности определить обводненные зоны, пути фильтрации, наличие пустот. Таким образом, это исследование может быть достаточно эффективным при обнаружении деформаций в виде балластных мешков и контроле качества их стабилизации инъекционными методами.

99

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

Суть ЭДЗ заключается в том, что в массив грунта ударами эталонного груза забивается металлический зонд [5]. В процессе его погружения через определенные интервалы по глубине измеряется сила тока, пропускаемого в грунт через электроды, находящиеся на конце зонда. По принципу динамической пенетрации приближенно оцениваются прочностные характеристики дисперсных грун-

тов [5].

Положительным свойством установки ЭДЗ является ее мобильность и портативность, что очень важно для работы в стесненных условиях при обследовании земляного полотна. К недостаткам следует отнести полное отсутствие механизации и автоматизации, низкую информативность и условную достоверность. Надежная глубина опробования грунтов методом ЭДЗ, как правило, не превышает 5–7 м. Кроме того, применение метода ограничено наличием в теле насыпи включений крупнообломочных грунтов.

Радиолокационное диагностирование проводится с использованием комплекса аппаратных и программных средств, специальных приборов — георадаров [6]. Принцип действия георадара основан на излучении сверхширокополосных импульсов метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн и приеме сигналов, отраженных от границ слоев грунтов, слагающих насыпь, имеющих различные электрофизические свойства.

Достоинством метода является то, что при его применении можно выполнять съемку непрерывно в движении. К недостаткам метода следует отнести ограничение использования его в глинистых грунтах, так как в связных грунтах происходит сильное затухание импульсов. Кроме того, георадар фиксирует только конфигурацию границ грунтов без определения их физико-механических свойств. Примеры использования радиолокационного метода для контролирования качества инъектирования твердеющих растворов в грунты земляного полотна в литературе не представлены.

Сейсморазведка как метод диагностики состояния земляного полотна получила свое распространение в значительной мере благодаря простоте интерпретации [7]. Получаемые сейсмотомографические разрезы [8] позволяют с весьма высокой точностью оценить строение насыпи по скоростям распространения продольных и поперечных волн, а также их отношений. Метод не позволяет установить отдельные разрывы в упрочненном инъектированием грунтовом массиве. Оценить изменение физико-механических свойств грунтов, выделить упрочненные участки земляного полотна и вне зоны упрочнения можно только при определенных условиях [1]. Использование сейсмических методов для контролирования качества упрочнения перспективно при совместном применении с другими методами.

Отличие вибрационного метода от сейсмического заключается в том, что в качестве источника для возбуждения упругих волн используется поездная нагрузка, мощное воздействие которой приводит к возникновению колебаний (вибраций) грунта во всей насыпи [3]. Метод рекомендуется применять для оценки эффективности устройства противодеформационных конструкций в динамических условиях [3].

Выполненный анализ позволяет рекомендовать для диагностики и последующего контроля качества усиления земляного полотна геофизические методы, среди которых следует выделить сейсмический и электрометрический. Что

100

А.Л. Ланис

объясняется их экономической эффективностью, мобильностью в применении, возможностью проведения работ без нарушения или с минимальным нарушением сплошности упрочненного массива грунта [1].

Библиографический список

1.Бочко Э.А., Дубровин В.С. Геофизические методы контроля качества закрепления рыхлых грунтов. М.: Недра, 1976. 85 с.

2.Патент № 2288995. Способ контроля качества упрочнения грунтового массива / СГУПС; Авт. А.Л. Ланис, М.Я. Крицкий, В.Ф. Скоркин. Заявл. 11.01.2005; Опубл. 10.12.2006; Бюл. № 34.

3.Коншин Г.Г. Диагностика земляного полотна железных дорог: Учеб. пособие для вузов ж.-д. транспорта / ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте». М., 2007. 200 с.

4.Тригубович Г.М. Импульсная индуктивная электроразведка при исследовании сложно построенных сред: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. СПб., 1999. 40 с.

5.Руководство по электроконтактному динамическому зондированию грунтов. М.: Главтранспроект, 1983. 64 с.

6.Методические указания по георадиолокационной диагностике объектов земляного полотна железнодорожного пути / ОАО «РЖД». М., 2005. 56 с.

7.Коншин Г.Г. и др. Методические указания по способам сейсмического контроля эксплуатационного состояния железнодорожного полотна. М., 1985. 46 с.

8.Канарейкин Б.А. и др. Опыт использования сейсмотомографии при изучении строения железнодорожных насыпей // Изв. вузов. Строительство. 1993. № 1. С. 133–139.

101